Учебное пособие 420
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Кафедра ракетных двигателей
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к практической и самостоятельной работе по дисциплине «Научно-исследовательская работа (рассредоточенная)» для студентов специальности подготовки
24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (специализация «Проектирование жидкостных ракетных двигателей») очной формы обучения
Воронеж 2018
1
УДК 629.78.064.001.2(078.5) ББК 39.53я7
Составители: д-р техн. наук Г.И. Скоморохов, канд. техн. наук Д.П. Шматов
Методические указания к практической и самостоятельной работе по дисциплине «Научно-исследовательская работа (рассредоточенная)» для студентов специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» (специализация «Проектирование жидкостных ракетных двигателей») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост. Г.И. Скоморохов, Д.П. Шматов. Во-
ронеж, 2018. 21 с.
В методических указаниях приведена программа для практической и самостоятельной работы, структура и содержание практики, организационные и методические аспекты теоретического и практического обучения студентов по дисциплине «Научно-исследовательская работа (рассредоточенная – индекс Б2.Н.1)», а также тематика индивидуальных занятий для студентов 4, 5 курсов (семестры 7, 8, 9, А).
Методические указания подготовлены в электронном виде и содержатся в формате
NIRasRD-2018.pdf.
Ил. 1. Табл. 4. Библиогр.: 7 назв.
УДК 629.78.064.001.2(078.5) ББК 39.53я7
Рецензент д-р техн. наук, проф. А.В. Кретинин
Издаётся по решению учебно-методического совета Воронежского государственного технического университета
2
ВВЕДЕНИЕ
Программа «Научно-исследовательской работы» (НИР) разработана в соответствии с действующим учебным планом по специальности 24.05.02 и Положением о практике обучающихся ВГТУ, осваивающих основные профессиональные образовательные программы высшего образования – программы бакалавриата, программы специалитета, программы магистратуры от 06.09. 2016 г.
НИР является неотъемлемой частью учебного процесса, представляют собой систему закрепления и углубления теоретической подготовки обучающихся, приобретение ими практических навыков и компетенций в сфере профессиональной деятельности непосредственно на кафедре и базовом предприятии под руководством ведущих специалистов в ракетной технике. В процессе прохождения практики каждый студент выполняет индивидуальное задание. Особенность практики для студентов старших курсов заключается в том, что они имеют возможность на реализацию приобретенных знаний и накопленного потенциала непосредственно в реальной научной, теоретической, конструкторской и технической работе. В период прохождения практики студенты могут осознанно выбрать ту или иную область специализации в ракетной технике, в которой они желают работать после окончания ВГТУ.
С другой стороны, руководители НИР студентов от базового предприятия, имеют возможность заранее подобрать и целенаправленно подготовить необходимые кадры молодых специалистов для распределения на предприятие.
Дисциплина «Научно-исследовательская работа» в соответствии с учебным планом проводится в течение 7, 8, 9 и А семестров на 4 и 5 курсах, трудоемкость 18 ЗЕТ в каждом семестре. Продолжительность и время проведения практики согласуется с учебным планом и отражается в ученом расписании занятий.
В период прохождения практики студенты руководствуются программой, утвержденным календарным планом, индивидуальным заданием, регулярно и аккуратно заполняют дневник НИР и представляют его на проверку своим руководителям.
1. Цель и задачи научно исследовательской работы
В соответствии с общими целями ООП ВО научно-исследовательская работа (НИР) направлена на закрепление и углубление теоретической подготовки обучающихся, приобретение ими навыков научной и практической работы, на дальнейшее развитие их способностей по самостоятельной организации интеллектуальной деятельности и презентации ее результатов, а также компетенций в сфере профессиональной деятельности.
Научно-исследовательская работа является важным этапом в процессе подготовки студента к профессиональной деятельности. В ходе выполнения НИР формируются умения правильно формулировать цели и задачи исследования, инициативно находить (модифицировать существующие, разрабатывать новые) методы исследования, приобретаются навыки самостоятельного проведения библиографической работы с привлечением современных электронных технологий, анализа и представления, полученных в ходе исследования результатов в виде законченных научно-исследовательских разработок (отчёт о НИР, научные статьи, тезисы докладов научных конференций, выпускной квалификационной работы).
Всё это формирует и определяет профессиональный потенциал будущего специалиста, его творческие возможности по выбору темы, формулировке целей научноисследовательской работы. Основные задачи и разделы НИР включают:
3
-выполнение индивидуального плана НИР;
-обоснование актуальности темы, формулировка цели и задач исследования;
-сбор, обработка, анализ и систематизация информации по теме исследования, выбор методов и средств решения задач исследования;
-овладение современной методологией и методами научного исследования, соответствующими профилю специалитета;
-совершенствование умений и навыков самостоятельной научно-исследовательской деятельности;
-создание физических и математических моделей, позволяющих анализировать совокупность процессов в агрегатах, двигателях и энергоустановках ЛА;
-разработка обобщенных вариантов решения проблемы, анализ этих вариантов, прогнозирование последствий, нахождение компромиссных решений в условиях многокритериальности и неопределенности;
-использование современных информационных технологий при разработке новых изделий и математическом моделировании процессов в авиационных и ракетных двигателях;
-выпуск конструкторской документации на ракетные двигатели, энергетические установки и их отдельные узлы и агрегаты;
-работа по осуществлению соответствия результатов проектно-конструкторской деятельности нормативной документации системы качества отрасли;
-разработка технических условий и технических описаний;
-участие в подготовке и проведении испытаний;
-выполнение научно-исследовательских видов деятельностей в рамках договоров и грантов, осуществляемых на кафедре;
-участие в решении научно-исследовательских работ, выполняемых кафедрой в рамках договоров с образовательными учреждениями, исследовательскими коллективами;
-участие в организации и проведении научных, научно-практических конференциях, круглых столах, дискуссиях, диспутах, организуемых кафедрой, факультетом, вузом;
-участие в конкурсах научно-исследовательских работ;
-формирование способности создавать новое знание, соотносить это знание с имеющимися отечественными и зарубежными исследованиями, использовать знание при осуществлении аналитических работ, в целях практического применения методов и теорий;
-представление итогов проделанной работы в виде отчетов, рефератов, статей, оформленных в соответствии с имеющимися требованиями, с привлечением современных средств редактирования и печати.
2. Рабочее место студента и распределение времени
Основным местом проведения дисциплины является кафедра ракетных двигателей ФГБОУ ВО Воронежского государственного технического университета (ВГТУ) и базовое предприятие - Акционерное общество «Конструкторское бюро химавтоматики» (АО КБХА).
В соответствии с договором, заключаемым между базовым предприятием АО КБХА и ФГБОУ ВО ВГТУ, предприятием издается приказ о прохождении практики по НИР студентами кафедры РД текущего года обучения. Студенты направляются в подразделения «Науч- но-технического комплекса» (НТК), где каждому из них назначается руководитель практики среди ведущих работников предприятия. Научно-исследовательская работа проводится на кафедре ракетных двигателей, в конструкторско-технологических, расчетных и испытатель-
4
ных отделах, технических бюро и вычислительном центре базового предприятия. В процессе прохождения практики каждый студент выполняет индивидуальное задание.
Во время прохождения практики по НИР на студентов распространяются правила внутреннего трудового распорядка и обеспечиваются безопасные условия прохождения практики. Кроме того, студент в процессе научно-исследовательской работы может использовать фонды технических библиотек университета и базового предприятия.
Последовательность прохождения практики и время проведения лекций и экскурсий определяется календарным планом, который согласовывается с руководителем практики и отделом технического обучения.
3. Структура и содержание практики (табл.1)
Таблица 1
|
Наименование разделов |
Семестр |
Всего часов |
|
№ |
для самостоятельной работы по индивидуальному плану в составе |
|||
|
|
|||
подразделений предприятия под руководством руководителя практики |
|
|
||
|
от ОАО КБХА |
|
|
|
|
Раздел 1. Конструирование и расчёт агрегатов ЖРД: |
|
|
|
|
- сбор, обработка, анализ и систематизация информации по теме иссле- |
|
|
|
|
дования, выбор методов и средств решения задач исследования; |
|
|
|
1 |
- виды агрегатов и их назначение в составе ЖРД; |
7 |
162 |
|
- основные характеристики агрегатов ЖРД |
||||
|
- разработка обобщенных вариантов решения проблемы, анализ этих ва- |
|
|
|
|
риантов, прогнозирование последствий, нахождение компромиссных |
|
|
|
|
решений в условиях многокритериальности и неопределенности; |
|
|
|
|
Раздел 2. Физико-математические методы моделирования и расчета для |
|
|
|
|
анализа рабочего процесса в энергетических установках наземного при- |
|
|
|
|
менения и ЖРД: |
|
|
|
|
- овладение современной методологией и методами научного исследова- |
|
|
|
2 |
ния, соответствующими профилю специалитета; |
8 |
162 |
|
|
- теория и расчётные методики по проектированию агрегатов ЖРД; |
|
|
|
|
- создание физических и математических моделей, позволяющих анали- |
|
|
|
|
зировать совокупность процессов в агрегатах, двигателях и энергоуста- |
|
|
|
|
новках ЛА; |
|
|
|
|
Раздел 3. Методология комплексного использования компьютерных |
|
|
|
|
программ при анализе и конструировании агрегатов ЖРД: |
|
|
|
|
- компьютерные технологии для разработки узлов агрегатов ЖРД; |
|
|
|
3 |
- выпуск конструкторской документации на отдельные узлы и агрегаты |
9 |
162 |
|
|
ЖРД и энергетические установки; |
|
|
|
|
- формулирование задания для расчёта и конструирования узлов и агре- |
|
|
|
|
гатов ЖРД |
|
|
|
|
Раздел 4. Разработка обобщенных вариантов решения проблемы: |
|
|
|
|
- анализ этих вариантов; |
|
|
|
4 |
- планирование реализации проекта; |
А |
162 |
|
- работа по осуществлению соответствия результатов проектно- |
|
|||
|
конструкторской деятельности нормативной документации системы ка- |
|
|
|
|
чества отрасли; |
|
|
5
Окончание табл. 1
Раздел 5. Определение статических и динамических характеристик агрегатов ЖРД; - моделирование и расчет характеристик агрегатов ЖРД;
5- диагностика режимов работы ЖРД; - подготовка научно-технических отчетов, обзоров и публикаций по ре-
зультатам выполненных исследований и разработок
Итого часов: |
648 |
4. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины (табл. 2)
Таблица 2
ПК-24 - способностью разрабатывать методики и организовывать проведение экспериментов и испытаний, проводить обработку и анализ результатов (ПК-24)
ПК-25 - способностью проводить экспериментальные исследования с использованием автоматизированных систем регистрации и обработки информации (ПК-25)
ПК-26 - способностью разрабатывать физические и математические модели исследуемых процессов, явлений и объектов, относящихся к профессиональной сфере деятельности (ПК-26)
ПК-27 - способностью осуществлять подготовку научно-технических отчетов, обзоров и публикаций по результатам выполненных исследований и разработок (ПК-27)
ПК-28 - способностью разрабатывать планы, программы и методики проведения испытаний авиационных и ракетных двигателей и энергоустановок ЛА (ПК-28)
ПК-29 - способностью принимать участие в подготовке и проведении испытаний авиационных и ракетных двигателей и энергоустановок ЛА и их агрегатов (ПК-29)
ПК-30 - способностью разрабатывать системы измерений экспериментальных установок по испытаниям двигателей, их узлов и элементов (ПК-30)
ПК-31 - способностью проводить вторичную обработку и анализ результатов экспериментальных исследований, стендовой, летной отработки и эксплуатации авиационных и ракетных двигателей и энергоустановок в составе ЛА (ПК-31)
ПК-32 - способностью проводить диагностику режимов работы авиационных и ракетных двигателей и энергоустановок ЛА (ПК-32)
ПК-33 - способностью проводить анализ и оценку производственных и непроизводственных затрат на обеспечение требуемого качества продукции, анализировать результаты деятельности производственных подразделений (ПК-33)
ПК-34 - способностью организовывать метрологическое обеспечение технологических процессов с использованием типовых методов контроля качества выпускаемой продукции (ПК-34)
ПК-35 - способностью подготавливать исходные данные для выбора и обоснования научно-технических и организационных решений на основе экономических расчетов (ПК-35)
ПК-37 - способностью обеспечивать защиту результатов интеллектуальной деятельности, участвовать в составление заявок правоохранительных документов (ПК-37)
6
5. Лекции и экскурсии
В период практики специалисты предприятия и вуза факультативно читают лекции по актуальным вопросам расчета и проектирования агрегатов ЖРД, развития технологии производства, совершенствования технических систем и воспитания творческой личности.
Примерная тематика лекций:
1)Законы развития технических систем.
2)Теория решения изобретательских задач.
3)Моделирование технических систем.
4)Инженер конструктор на производстве.
5)САПР и пакет программ конструкторских работ.
6)Особенности конструкций изделий ЖРД и перспективы их развития.
7)Пути совершенствования технологии производства.
Студентам организуются экскурсии по основным технологическим центрам, цехам и испытательному комплексу предприятия. Экскурсии проводятся по плану, согласованному с предприятием.
6. Примерные темы научно-исследовательских работ
Тематика и программа научно-исследовательской работы отражается в индивидуальном плане, согласуется с руководителем и предоставляет возможность студентам (табл.3):
изучать специальную литературу и другую научно-техническую информацию о достижениях отечественной и зарубежной науки и техники в соответствующей области знаний;
участвовать в проведении научных исследований или выполнении технических разработок;
осуществлять сбор, обработку, анализ и систематизацию научно-технической информации по теме (заданию);
осуществлять работы по выполнению темы НИР;
принимать участие в стендовых и промышленных испытаниях опытных образцов (партий) проектируемых изделий;
составлять отчеты (разделы отчета) по теме или ее разделу (этапу, заданию);
выступить с докладом на конференции.
|
Таблица 3 |
|
|
|
Примерный перечень тем научно-исследовательских работ |
|
|
№ |
Примерный перечень тем научно-исследовательских работ |
|
Прим. |
1. |
История развития ОАО КБХА |
|
|
2. |
Обоснование актуальности темы научного исследования, конструкторской |
|
|
|
или технологической разработки |
|
|
3. |
Разработка технических требований, предъявляемых к проектируемому |
|
|
|
изделию технологии |
|
|
4. |
Ретроспективный анализ этапов развития разрабатываемого изделия, объ- |
|
|
|
екта, технологии |
|
|
5. |
Выявление противоречий обуславливающих развитие технической систе- |
|
|
|
мы, технологии |
|
|
6. |
Изучение конструкций узлов, агрегатов, изделий |
|
|
7. |
Изучение технологии производства и методов испытаний узлов, агрегатов |
|
|
|
7 |
|
|
|
Продолжение табл. 3 |
|
8. |
Анализ и прогнозирование развития конструкций и технологий их изго- |
|
|
товления |
|
9. |
Построение физических моделей разрабатываемых и анализируемых из- |
|
|
делий |
|
10. |
Математическое моделирование разрабатываемого изделия, системы |
|
11. |
Проведение исследований на модели в процессе проектирования на ЭВМ |
|
12. |
Формализация процесса проектирования на основе математического мо- |
|
|
делирования |
|
13. |
Системы автоматизированного проектирования элементов ЖРД |
|
14. |
Кинематический расчет механических, гидравлических и пневматических |
|
|
приводов |
|
15. |
Прочностной расчет подвижных и неподвижных, соединений, уплотне- |
|
|
ний, валов и опор |
|
16. |
Расчет узлов и агрегатов ЖРД (регуляторы, клапаны, мембраны, пружины, |
|
|
сильфоны, редукторы и т.д.) |
|
17. |
Расчет гидравлических и пневматических трактов ЖРД |
|
18. |
Газодинамический расчет элементов ТНА |
|
19. |
Разработка методики интенсивных испытаний элементов изделий |
|
20. |
Использование ЭВМ для имитационного моделирования |
|
21. |
Проведение научно-технической и патентной экспертизы технических |
|
|
решений |
|
22. |
Стандартизация элементов изделий |
|
23. |
Функционально-стоимостной анализ конструкции изделия, элементов |
|
|
ЖРД |
|
24. |
Функционально-стоимостной анализ методологии испытаний узлов и эле- |
|
|
ментов ЖРД |
|
25. |
Выбор коэффициента избытка окислителя при наличии пристенного слоя |
|
26. |
Выбор коэффициента избытка окислителя для случая применения плёноч- |
|
|
ного охлаждения |
|
27. |
Определение коэффициента сопла, характеризующего совершенство про- |
|
|
цессов в сопле |
|
28. |
Определение параметров системы турбонасосной подачи топлива в ЖРД |
|
|
без дожигания генераторного газа |
|
29. |
Определение параметров системы турбонасосной подачи топлива в ЖРД с |
|
|
дожиганием генераторного газа “газ+жидкость” |
|
30. |
Определение параметров системы турбонасосной подачи топлива в ЖРД с |
|
|
дожиганием генераторного газа по схеме “газ+газ” |
|
31. |
Определение подогрева рабочего тела в тракте охлаждения. Влияние не- |
|
|
адиабатности процесса |
|
32. |
Гидравлический расчёт ядерной центробежной форсунки |
|
33. |
Гидравлический расчёт струйной жидкостной форсунки |
|
34. |
Гидравлический расчёт двухкомпонентной центробежной эмульсионной |
|
|
форсунки |
|
35. |
Гидравлический расчёт двухкомпонентной форсунки с внешним смеще- |
|
|
нием |
|
36. |
Выбор схемы расположения форсунок на головке. Определение количе- |
|
|
ства форсунок горючего и окислителя |
|
37. |
Профилирование осесимметричного сопла с центральным телом |
|
|
8 |
|
Продолжение табл. 3
38. |
Определение удельного теплового потока в стенку камеры ЖРД |
|
39. |
Расчёт наружного охлаждения камеры ЖРД |
|
40. |
Выбор основных параметров газогенератора |
|
41. |
Расчёт газового аккумулятора давления для наддува баков |
|
42. |
Построение статической характеристики камеры |
|
43. |
Построение статической характеристики смесительной головки камеры |
|
44. |
Построение статической характеристики тракта охлаждения камеры |
|
45. |
Оценка влияний случайных колебаний температуры продуктов сгорания |
|
|
перед соплом на удельный импульс тяги |
|
46. |
Геометрический метод расчёта соотношения компонентов по сечению ка- |
|
|
меры: |
|
|
а) шахматное расположение; б) сотовое; в) концентрическое |
|
47. |
Определение основных размеров и контура центрального тела сопла с |
|
|
внешним расширением |
|
48. |
Определение потерь в сопле на трение и рассеивание |
|
49. |
Определение характеристик оребрения цилиндрической части КС |
|
50. |
Поверочный расчёт охлаждения камеры |
|
51. |
Определение равновесной температуры стенки сопла |
|
52. |
Определение тягового комплекса при наличии отрыва потока в сопле |
|
53. |
Расчёт параметров пористого охлаждения |
|
54. |
Расчёт изменения давления в камере сгорания при запуске |
|
55. |
Приближённый расчёт импульса после действия тяги |
|
56. |
Поверочный расчёт камеры реального ЖРД |
|
57. |
Расчёт параметров газа в ёмкости при её опорожнении через отверстия по- |
|
|
стоянного сечения |
|
58. |
Расчёт параметров газа в ёмкости при её опорожнении через отверстия пе- |
|
|
ременного сечения |
|
59. |
Блок запальников электроплазменного и лазерного типов (проектирование |
|
|
и расчёт) |
|
60. |
Проектирование и расчёт клапана отсечки окислителя |
|
61. |
Клапан отсечки газообразного азота |
|
62. |
Пневмогидравлическая схема ЖРД РД-0154 |
|
63. |
Пневмогидравлическая схема ЖРД 14Д23 |
|
64. |
Регулятор давления подачи системы питания ЖРД |
|
65. |
Регулятор расхода 11Д451М |
|
66. |
Пневмоуправляемый клапан подачи окислителя 11Д451М |
|
67. |
Дроссель регулирования соотношения компонентов топлива 11Д451М |
|
68. |
Клапан подачи горючего 11Д451М |
|
69. |
Клапан подачи кислорода в камеру сгорания 16-20.000 |
|
70. |
Ампула пусковая 11Д451М |
|
71. |
Пакет жиклёров РД0124Д |
|
72. |
Пневмогидравлическая схема РД0146 |
|
73. |
Запальник для поджига компонентов топлива |
|
74. |
Дроссель для изменения соотношения компонентов топлива и обеспече- |
|
|
ния запуска РД0146 |
|
|
9 |
|
Окончание табл. 3
75.Клапан пуска и отсечки подачи окислителя РД0146
76.Клапан пуска и отсечки подачи водорода РД0146
77.Клапан пуска и отсечки подачи горючего РД0146
78.Мембранный клапан свободного прорыва. Мембранный клапан принудительного прорыва.
79.Отсечной топливный клапан с пироприводом. Топливный клапан с гидроприводом от компонента.
80.Управляющий элетромагнитный пневмоклапан.
7. Скрытые резервы развития и совершенствования технических систем
Выполнение НИР должно быть направлено на совершенствование и развитие технических систем (узел, агрегат, двигатель, технологический процесс и др.). Процесс совершенствования и создания новой техники требует значительных затрат трудовых, материальных и денежных ресурсов. Сопоставление затрат на новую технику с полученным от ее внедрения экономическим эффектом показывает экономическую эффективность новой техники. Отсюда возникает основная научно-техническая и экономическая задача подготовки производства: при минимально возможных затратах создать передовую в техническом отношении технику, обеспечивающую получение высшего экономического эффекта при ее внедрении и эксплуатации. Решение этой задачи требует использования резервов повышения технического уровня и экономичности создаваемых изделий. Очень важно при совершенствовании технических систем различать явные и скрытые внутрипроизводственные резервы.
Явные резервы – это возможности улучшения результатов производства, которые связаны с устранением разного рода потерь, непроизводительных расходов и затрат, отклонением от норм, нормативов, смет и т.п. Такие резервы – свидетельство недоиспользования ресурсов или использования их с перерасходом, что выражают потерю какой-то их части. Устранение таких отклонений – явный резерв производства.
Явные резервы всегда имеют предел своей величины в виде наличных ресурсов (терять, непроизводительно использовать можно пока есть ресурсы, истратив которые терять уже нечего). Скрытые ресурсы практически беспредельны как безгранично развитие науки и техники, использование их в производстве.
Скрытые резервы связаны с развитием научно-технического прогресса, изобретательства, рационализацией производства, разработкой организационно-технических мероприятий. Скрытые резервы есть результат применения того или иного технического, технологического новшества, они отражают отставание запланированного (спрогнозированного) организационно-технического уровня производства от возможного его уровня при использовании последних достижений науки и техники. Это обстоятельство объясняет существенное количественное различие между явными и скрытыми резервами.
К резервам повышения технического уровня и экономичности создаваемой техни-
ки относятся резервы повышения качества новой продукции и неиспользованные возможности снижения затрат труда, материальных ресурсов и денежных средств как при ее изготовлении, так и в процессе эксплуатации. Эти резервы в свою очередь могут выступать как конструкторские, технологические и организационно-технические.
10